Воздухоплавание
Аэронавтика — это наука или искусство, связанное с изучением, проектированием и производством машин, способных летать по воздуху , а также методами эксплуатации самолетов и ракет в атмосфере . Королевское аэронавтическое общество определяет аспекты «авиационного искусства, науки и техники» и «профессии аэронавтики (это выражение включает астронавтику)». [1]
Хотя первоначально этот термин относился исключительно к эксплуатации самолета, с тех пор он был расширен и теперь включает технологии, бизнес и другие аспекты, связанные с самолетами. [2] Термин « авиация » иногда используется как взаимозаменяемый с воздухоплаванием, хотя «аэронавтика» включает в себя летательные аппараты легче воздуха, такие как дирижабли , и баллистические аппараты , тогда как «авиация» технически не включает. [2]
Значительную часть авиационной науки составляет раздел динамики , называемый аэродинамикой , который занимается движением воздуха и способами его взаимодействия с движущимися объектами, такими как самолет.
История
[ редактировать ]Ранние идеи
[ редактировать ]
Попытки летать без каких-либо реальных знаний в области воздухоплавания предпринимались с древнейших времен, обычно путем создания крыльев и прыжков с башни, что приводило к нанесению вреда или летальному исходу. [3]
Более мудрые исследователи стремились получить некоторое рациональное понимание посредством изучения полета птиц. Такие исследования проводили и средневековые ученые Золотого века ислама, такие как Аббас ибн Фирнас . [4] [5] [6] [7] Основатели современного воздухоплавания Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения и Кэли в 1799 году начали свои исследования с изучения полета птиц.
Считается, что воздушные змеи, переносящие человека, широко использовались в древнем Китае. В 1282 году итальянский исследователь Марко Поло описал современные китайские методы. [8] Китайцы также изготавливали небольшие воздушные шары или фонарики и вращающиеся игрушки.
Одним из первых европейцев, предложивших какое-либо научное обсуждение полета, был Роджер Бэкон легче воздуха , который описал принципы работы воздушного шара с машущими крыльями и орнитоптера , который, как он предполагал, будет построен в будущем. Подъемной средой для его воздушного шара будет «эфир», состав которого он не знал. [9]
В конце пятнадцатого века Леонардо да Винчи продолжил свои исследования птиц, разработав проекты некоторых из первых летательных аппаратов, в том числе орнитоптера с вращающимся крылом с машущими крыльями и вертолета . Хотя его проекты были рациональными, они не основывались на особенно хороших научных данных. [10] Многие из его проектов, например четырехместный винтовой вертолет, имеют серьезные недостатки. По крайней мере, он понимал, что «предмет оказывает такое же сопротивление воздуху, как воздух оказывает объекту». [11] ( Ньютон не публиковал Третий закон движения до 1687 года.) Его анализ привел к пониманию того, что одной рабочей силы недостаточно для устойчивого полета, и его более поздние разработки включали источник механической энергии, такой как пружина. Работы да Винчи были утеряны после его смерти и не появлялись вновь, пока их не заменили работы Джорджа Кейли .
Полет на воздушном шаре
[ редактировать ]
Современная эра полетов легче воздуха началась в начале 17 века с экспериментов Галилея , в которых он показал, что воздух имеет вес. Около 1650 года Сирано де Бержерак написал несколько фантастических романов, в которых описал принцип подъема с использованием вещества (росы), которое, по его мнению, было легче воздуха, и спуска с помощью высвобождения контролируемого количества вещества. [12] Франческо Лана де Терци измерил давление воздуха на уровне моря и в 1670 году предложил первое научно обоснованное подъемное средство в виде полых металлических сфер, из которых был откачен весь воздух. Они будут легче вытесненного воздуха и смогут поднять дирижабль . Предложенные им методы контроля высоты используются до сих пор; перенося балласт, который можно сбросить за борт для набора высоты, и вентиляцию подъемных контейнеров для снижения высоты. [13] На практике сферы де Терци рухнули бы под давлением воздуха, и дальнейшим разработкам пришлось ждать более практичных подъемных газов.
С середины XVIII века братья Монгольфье во Франции начали экспериментировать с воздушными шарами. Их воздушные шары были сделаны из бумаги, и ранние эксперименты с использованием пара в качестве подъемного газа были недолговечными из-за его воздействия на бумагу при ее конденсации. Приняв дым за разновидность пара, они начали наполнять свои воздушные шары горячим дымным воздухом, который они назвали «электрическим дымом», и, несмотря на полное понимание принципов работы, совершили несколько успешных запусков и в 1783 году были приглашены провести демонстрацию для Французская академия наук .
Тем временем открытие водорода привело Джозефа Блэка в ок. В 1780 г. предложили использовать его в качестве подъемного газа, хотя практическая демонстрация газонепроницаемого материала для баллонов ожидалась. Услышав о приглашении братьев Монгольфье, член Французской академии Жак Шарль предложил аналогичную демонстрацию водородного шара. Чарльз и два мастера, братья Роберт, разработали для конверта газонепроницаемый материал из прорезиненного шелка. Газообразный водород должен был вырабатываться в результате химической реакции во время процесса наполнения.
У конструкции Монгольфье было несколько недостатков, не в последнюю очередь необходимость сухой погоды и склонность искр от огня поджигать бумажный воздушный шар. Пилотируемая конструкция имела галерею вокруг основания воздушного шара, а не подвесную корзину, как в первой беспилотной конструкции, что приближало бумагу к огню. В своем свободном полете Де Розье и д'Арланд взяли с собой ведра с водой и губки, чтобы потушить возникающие пожары. С другой стороны, пилотируемая конструкция «Чарльза» была по сути современной. [14] В результате этих подвигов воздушный шар стал известен как Монгольфьера тип , а газовый шар Шарльера - .
Следующим воздушным шаром Шарля и братьев Робер, «Ла Кэролайн» , был «Шарльер», который последовал предложениям Жана Батиста Менье о удлиненном дирижабле и отличался наличием внешней оболочки с газом, содержащимся во втором, внутреннем баллонете. 19 сентября 1784 года он совершил первый полет на расстояние более 100 км между Парижем и Бёври , несмотря на то, что движители с приводом от человека оказались бесполезными.
Пытаясь в следующем году обеспечить одновременно выносливость и управляемость, де Розье разработал воздушный шар, оснащенный камерами как с горячим воздухом, так и с водородом, конструкция, которая вскоре была названа в его честь как Розьер. Принцип заключался в том, чтобы использовать водородную секцию для постоянной подъемной силы и двигаться вертикально, нагревая и охлаждая секцию горячего воздуха, чтобы поймать наиболее благоприятный ветер, на какой бы высоте он ни дул. Конверт воздушного шара был сделан из кожи золотодобытчика . Первый полет закончился катастрофой, и с тех пор этот подход использовался редко. [15]
Кэли и основы современной аэронавтики
[ редактировать ]Сэр Джордж Кэли (1773–1857) широко известен как основатель современного воздухоплавания. Впервые его назвали «отцом аэроплана» в 1846 году. [16] а Хенсон назвал его «отцом воздушной навигации». [3] Он был первым настоящим научным исследователем с воздуха, опубликовавшим свою работу, в которой впервые были раскрыты основные принципы и силы полета. [17]
В 1809 году он начал публикацию знакового трехчастного трактата «Об воздушной навигации» (1809–1810). [18] В нем он написал первую научную формулировку проблемы: «Вся проблема заключена в этих пределах, а именно: заставить поверхность поддерживать заданный вес путем приложения силы к сопротивлению воздуха». Он выделил четыре векторные силы, влияющие на самолет: тягу , подъемную силу , сопротивление и вес , а также выделил в своих конструкциях устойчивость и управляемость.
Он разработал современную традиционную форму самолета с неподвижным крылом со стабилизирующим хвостовым оперением как с горизонтальной, так и с вертикальной поверхностью, а также летающие планеры, как беспилотные, так и пилотируемые.
Он представил использование испытательного стенда с вращающимся рычагом для исследования аэродинамики полета, используя его, чтобы обнаружить преимущества изогнутого или изогнутого аэродинамического профиля по сравнению с плоским крылом, которое он использовал для своего первого планера. Он также определил и описал важность двугранных , диагональных распорок и уменьшения сопротивления, а также внес свой вклад в понимание и проектирование орнитоптеров и парашютов . [3]
Еще одним значительным изобретением было колесо с натяжными спицами, которое он разработал, чтобы создать легкое и прочное колесо для ходовой части самолета.
XIX век: Отто Лилиенталь и первые полеты человека
[ редактировать ]
В течение 19 века идеи Кэли уточнялись, доказывались и расширялись, достигнув кульминации в работах Отто Лилиенталя .
Лилиенталь был немецким инженером и бизнесменом, прославившимся как «летающий человек». [19] Он был первым человеком, совершившим хорошо задокументированные, неоднократные и успешные полеты на планерах . [20] таким образом, идея « тяжелее воздуха » становится реальностью. В газетах и журналах были опубликованы фотографии планирующего полета Лилиенталя, что благоприятно повлияло на общественное и научное мнение о возможности практического применения летательных аппаратов.
Его работа привела к разработке концепции современного крыла. [21] [22] Его попытки полета в Берлине в 1891 году считаются началом полета человека. [23] а « Lilienthal Normalsegelapparat » считается первым серийным самолетом, что делает фабрику Maschinenfabrik Otto Lilienthal в Берлине первой компанией по производству самолетов в мире. [24]
Отто Лилиенталя часто называют «отцом авиации». [25] [26] [27] или «отец полета». [28]
Среди других важных исследователей был Горацио Филлипс .
Филиалы
[ редактировать ]
Аэронавтику можно разделить на три основные отрасли: авиацию , авиационную науку и авиационную технику .
Авиация
[ редактировать ]Авиация — это искусство или практика воздухоплавания. Исторически под авиацией подразумевались только полеты на объектах тяжелее воздуха, но в настоящее время к ней относятся полеты на воздушных шарах и дирижаблях.
Авиационная техника
[ редактировать ]Авиационная техника охватывает проектирование и строительство самолетов, включая их приводы, способы использования и способы управления ими для обеспечения безопасной эксплуатации. [29]
Основная часть авиационной техники — это аэродинамика , наука о движении в воздухе.
С ростом активности космических полетов в настоящее время воздухоплавание и космонавтику часто объединяют в аэрокосмическую технику .
Аэродинамика
[ редактировать ]Наука аэродинамика занимается движением воздуха и тем, как он взаимодействует с движущимися объектами, такими как самолет.
Изучение аэродинамики в целом делится на три области:
Несжимаемый поток возникает там, где воздух просто движется, избегая объектов, обычно на дозвуковых скоростях ниже скорости звука (1 Маха).
Сжимаемый поток возникает там, где в точках, где воздух сжимается, возникают ударные волны, обычно при скорости выше 1 Маха.
Трансзвуковой поток возникает в диапазоне промежуточных скоростей около 1 Маха, где воздушный поток над объектом может быть локально дозвуковым в одной точке и локально сверхзвуковым в другой.
Ракетная техника
[ редактировать ]Ракета , или ракетный аппарат — это ракета , космический корабль, самолет или другое транспортное средство которое получает тягу от ракетного двигателя . Во всех ракетах выхлоп полностью образуется из топлива, находящегося в ракете перед использованием. [30] Ракетные двигатели работают за счет действия и противодействия . Ракетные двигатели толкают ракеты вперед, просто очень быстро выбрасывая выхлопные газы назад.
Ракеты для военных и развлекательных целей появились как минимум в Китае в 13 веке . [31] Значительного научного, межпланетного и промышленного использования не происходило до 20-го века, когда ракетная техника стала ведущей технологией космической эры , включая высадку на Луну .
Ракеты используются для фейерверков , вооружения, катапультных кресел , ракет-носителей для искусственных спутников , полетов человека в космос и исследования других планет. Хотя они сравнительно неэффективны при использовании на низких скоростях, они очень легкие и мощные, способны создавать большие ускорения и достигать чрезвычайно высоких скоростей с разумной эффективностью.
Химические ракеты являются наиболее распространенным типом ракет, и их выхлопные газы обычно образуются в результате сгорания ракетного топлива . Химические ракеты хранят большое количество энергии в легко высвобождаемой форме и могут быть очень опасными. Однако тщательное проектирование, тестирование, изготовление и использование сводят риски к минимуму.
См. также
[ редактировать ]- Авиационные сокращения
- Системы авиационной защиты
- Аэрокосмическая техника
- Аэростатика
- Воздушная безопасность
- Процесс проектирования самолета
- Система управления полетом самолета
- Механик полета самолета
- Американский институт аэронавтики и астронавтики
- Космонавтика
- Авиационные, аэрокосмические и авиационные термины
- Авионика
- Динамика полета
- Указатель авиационных статей
- Продольная статическая устойчивость
- Королевское авиационное общество
Ссылки
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ↑ Образованное и профессиональное общество. Архивировано 9 февраля 2014 г. в Wayback Machine (получено 8 марта 2014 г.).
- ^ Jump up to: а б Аэронавтика . Том. 1. Гролье. 1986. с. 226.
- ^ Jump up to: а б с Рэгг 1974 .
- ^ Леви-Прованшаль, Э. (1986). «Аббас б. Фирнас» . В Бирмане, П.; Бьянкис, Т.; Босворт, CE; ван Донзель, Э.; Генрихс, В.П. (ред.). Энциклопедия ислама . Полет. Я (2-е изд.). Издательство «Брилл» . п. 11.
- ^ Как начинается изобретение: отголоски старых голосов в эпоху появления новых машин Джон Х. Линхард
- ^ Джон Х. Линхард (2004). « Аббас ибн Фирнас». Двигатели нашей изобретательности . Эпизод 1910 года. НПР. КУХФ-FM Хьюстон. Расшифровка .
- ^ Линн Таунсенд Уайт-младший (весна 1961 г.). «Эйлмер из Малмсбери, авиатор одиннадцатого века: пример технологических инноваций, их контекста и традиций», Technology and Culture 2 (2), p. 97-111 [100сл.]
- ^ Пелхэм, Д.; Книга воздушных змеев Пингвина , Пингвин (1976)
- ^ Рэгг 1974 , стр. 10–11.
- ^ Рэгг 1974 , с. 11.
- ^ Фэрли и Кэли 1965 , с. 163.
- ^ Эге 1973 , стр. 6.
- ^ Эге 1973 , стр. 7.
- ^ Эге 1973 , стр. 97–100.
- ^ Эге 1973 , стр. 105.
- ^ Фэрли и Кэли 1965 .
- ^ «Сэр Джордж Карли» . Flyingmachines.org. Архивировано из оригинала 11 февраля 2009 г. Проверено 26 июля 2009 г.
Сэр Джордж Кэли — один из самых важных людей в истории воздухоплавания. Многие считают его первым настоящим научным исследователем с воздуха и первым человеком, который понял основные принципы и силы полета.
- ^ «Убит при попытке летать» , New York Herald , 12 августа 1896 г. , получено 11 июня 2019 г.
- ^ DLR строит первый в мире серийный самолет после 2017 года. Дата обращения: 3 марта 2017 г.
- ^ «Музей Отто Лилиенталя Анклам» .
- ^ «Проект планера Лилиенталя» . Архивировано из оригинала 07 марта 2022 г. Проверено 26 февраля 2022 г.
- ^ «Музей Отто Лилиенталя Анклам» .
- ^ «Как птица» .
- ^ «ДПМА | Отто Лилиенталь» .
- ^ «В перспективе: Отто Лилиенталь» .
- ^ «Вспоминая первого «летающего человека» Германии » . Экономист . 20 сентября 2011 г.
- ^ «Отто Лилиенталь, король планеров» . 23 мая 2020 г.
- ^ Авиационная техника. Архивировано 27 июля 2012 г. в Wayback Machine , Университет Глазго.
- ^ Саттон, Джордж (2001). «1» . Элементы ракетной двигательной установки (7-е изд.). Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-32642-7 .
- ^ Исторический офис MSFC. «Ракеты в древности (100 г. до н.э. – 17 век)» . Хронология истории ракет . НАСА. Архивировано из оригинала 9 июля 2009 г. Проверено 28 июня 2009 г.
Источники
[ редактировать ]- Эге, Л. (1973). Воздушные шары и дирижабли . Блэндфорд.
- Фэрли, Джерард; Кэли, Элизабет (1965). Жизнь гения . Ходдер и Стоутон.
- Уилсон, Э.Б. (1920) Аэронавтика: текст класса , через Интернет-архив.
- Рэгг, Д.В. (1974). Полет перед полетом . Скопа. ISBN 978-0850451658 .
- Лоуренс В. Рейтмайер, Эрнест Джеймс Джентл (1980). Авиационно-космический словарь . Издательство Аэро. ISBN 0816830029 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]Воздухоплавание
[ редактировать ]- Авиационная терминология
- Jeppesen АВИАЦИОННЫЙ СЛОВАРЬ для пилотов и авиационных техников
- DTIC ADA032206: Китайско-английский авиационно-космический словарь
СМИ, связанные с аэронавтикой, на Викискладе?
Курсы
[ редактировать ]- «Как все летает» . Смитсоновский национальный музей авиации и космонавтики .
Спутник физической выставки
- «Аэронавтика и космонавтика» . MIT OpenCourseWare . Массачусетский технологический институт .
- Илан Кроо. «Проектирование самолетов: синтез и анализ» . Стэнфорд. Архивировано из оригинала 23 февраля 2001 г.
- «Руководство по воздухоплаванию для начинающих» . Исследовательский центр Гленна . НАСА.
Исследовать
[ редактировать ]- «Главная страница» . Американский институт аэронавтики и астронавтики .
- «Области авиационных исследований и технологий» . Европейская научная сеть по аэронавтике . Архивировано из оригинала 25 октября 2019 г. Проверено 9 февраля 2009 г.
Иерархическая таксономия
- «Идеи в аэронавтике и воздушном транспорте» . Вики . Консультативный совет по аэронавтическим исследованиям в Европе .
